2020-2021高二物理粵教版1-1教師用書：第1章 第2節(jié)點電荷間的相互作用含解析

學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精2020-2021學年高二物理粵教版選修1-1教師用書：第1章第2節(jié)點電荷間的相互作用含解析第二節(jié)點電荷間的相互作用[學習目標]1。知道點電荷，知道點電荷是一種理想化模型．(難點）2。知道驗電器的構(gòu)造和工作原理。3。了解電荷間的相互作用規(guī)律，知道庫侖定律,會利用庫侖定律計算真空中靜止的兩點電荷間的相互作用力．（重點、難點）一、點電荷當一個帶電體的大小比所研究問題中涉及的距離小得多時,帶電體的形狀和電荷的分布都無關(guān)緊要了，這時，帶電體可以被看作一個帶電荷的點，叫作點電荷．與力學中把物體看成質(zhì)點的情況相似，點電荷也是一種理想化的物理模型．二、點電荷間相互作用的規(guī)律1．庫侖定律的內(nèi)容:真空中兩個靜止點電荷間的相互作用力跟它們所帶電荷量的乘積成正比,跟它們之間距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線上．這種電荷間的相互作用力稱為靜電力．2．適用條件：庫侖定律適用于真空中的兩靜止點電荷．對可以視為點電荷的兩個帶電體間也可用庫侖定律．3．公式：F＝keq\f（q1q2，r2）．4．靜電力常量：k＝9.0×109_N·m2/C2．5．注意事項：如果q1和q2的符號相反，它們之間的相互作用力是吸引力；如果q1和q2的符號相同，則它們之間的相互作用力是排斥力．1．思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×")（1)體積很小的帶電體都能看作點電荷． (×)（2）點電荷是一種理想化模型． （√）(3）體積大的帶電體一定不能看成點電荷． (×）(4）庫侖定律適用于任何情況下靜電力的計算． (×）（5）兩個帶電小球即使相距非常近，也能用庫侖定律計算庫侖力的大?。? (×)（6)相互作用的兩個點電荷，不論它們的電荷量是否相等,它們之間的靜電力大小一定相等． (√)［提示](1）物體能否看作點電荷要視具體問題而定．(3)若大小、形狀可忽略,體積大的帶電體也能看作點電荷．(4）庫侖定律適用于真空中靜止的點電荷．(5)兩帶電小球相距非常近時,不能看作點電荷，不能用庫侖定律計算．2．關(guān)于點電荷的下列說法中正確的是(）A．點電荷就是體積足夠小的電荷B．點電荷是電荷量和體積都很小的帶電體C．體積大的帶電體一定不能看成點電荷D．當兩個帶電體的形狀對它們之間相互作用力的影響可忽略時，這兩個帶電體可看成點電荷D[帶電體能否看成點電荷，不能以體積大小、帶電荷量多少而論．只要在測量精度要求的范圍內(nèi)，帶電體的形狀、大小等因素的影響可以忽略，即可視為點電荷．故D正確．]3．對于庫侖定律,下列說法正確的是()A．凡計算兩個點電荷間的作用力，就可以使用公式F＝keq\f（q1q2,r2)B．兩個帶電小球即使距離非常近，也能用庫侖定律C．相互作用的兩個點電荷,不論它們的電荷量是否相同，它們之間的庫侖力大小一定相等D．由公式F＝eq\f(kq1q2，r2)知r→0時，F(xiàn)→∞C[庫侖定律只適用于真空中的點電荷,A錯誤；B、D中距離太近，不能看作點電荷，故B、D錯誤；兩點電荷間的庫侖力遵守牛頓第三定律，故C正確．]對點電荷的理解1．點電荷點電荷是沒有大小和形狀，且具有電荷量的理想化模型．實際并不存在,它只是為了研究問題方便而人為抽象出來的．2．帶電體視為點電荷的條件帶電體間的距離比它們自身尺度的大小大得多,以至帶電體的形狀和大小對相互作用力的影響可以忽略不計,這樣的帶電體就可以視為點電荷．忽略形狀、大小等次要因素，只保留對問題起關(guān)鍵作用的電荷量，這樣的處理會使問題大為簡化，對結(jié)果又沒有太大的影響，因此物理學上經(jīng)常用到此方法．一個帶電體能否看成點電荷，是相對于具體問題而言的，不能單憑其大小和形狀確定．點電荷自身不一定很小，帶電荷量不一定很少，帶電體很小，不一定可視為點電荷；帶電體很大，也不一定不能視為點電荷．【例1】下列關(guān)于點電荷的說法正確的是（）A．研究兩顆帶電星體間的相互作用力時一定不能將其視為點電荷B．點電荷一定是電荷量小的帶電體C．點電荷一定是電荷量大的物體D．兩帶電小球,當它們的距離遠大于半徑時，帶電體可視為點電荷D［盡管天體體積很大，但若其間距遠大于半徑時，其體積的影響可忽略，可以視為點電荷，故選項A錯誤,選項D正確．帶電體能否被視為點電荷與所帶電荷量的多少無關(guān)，故選項B、C錯誤．］(1)帶電體能否看作點電荷,要視具體情況而定，不能說體積大的、帶電量大的帶電體一定不能看作點電荷，也不能說體積小、帶電量小的帶電體一定能看作點電荷．（2)只要帶電體的大小、形狀對相互作用力的影響可忽略不計，帶電體就可以看作點電荷．[跟進訓練］1．（多選）關(guān)于點電荷,下列說法中正確的是（)A．點電荷是一個帶有電荷的幾何點，它是實際帶電體的抽象，是一種理想化的模型B．點電荷自身不一定很小，所帶電荷量不一定很少C．體積小于1mm3D．體積大的帶電體，只要滿足一定的條件也可以看成點電荷ABD［點電荷是實際的帶電體在一定條件下抽象出的一種理想化模型，這個條件是帶電體大小和形狀在研究問題中對相互作用力的影響可以忽略不計．]庫侖定律及其應(yīng)用1．注意庫侖定律的適用條件:庫侖定律僅適用于真空中的兩個點電荷間的相互作用,在空氣中可認為近似適用．2．在理解庫侖定律時，有人根據(jù)公式F＝eq\f(kq1q2，r2),設(shè)想當r→0時可得出F→∞的結(jié)論．從數(shù)學角度分析是正確的，但從物理角度分析，這一結(jié)論是錯誤的．錯誤的原因是：當r→0時兩電荷已失去了作為點電荷的前提條件,何況實際電荷一定都有大小,根本不會出現(xiàn)r→0的情況．也就是r→0時，不能再利用庫侖定律計算兩電荷間的相互作用力．3．在應(yīng)用庫侖定律解決問題時注意：首先，在計算庫侖力的大小時，不必將表示電性的符號代入公式計算,只將電荷量的絕對值代入即可；其次，根據(jù)同種電荷相互排斥、異種電荷相互吸引的規(guī)律判斷力的方向;最后,計算過程中注意統(tǒng)一單位,各量必須都采用國際單位制．【例2】甲、乙兩導(dǎo)體球，甲球帶有4。8×10－16C的正電荷，乙球帶有3。2×10－16C的負電荷，放在真空中相距為10cm的地方，甲、乙兩球的半徑遠小于（1）試求兩球之間的靜電力，并說明是引力還是斥力?(2）如果兩個導(dǎo)體球完全相同，接觸后放回原處,兩球之間的作用力如何?思路點撥：①由庫侖定律計算靜電力．②由“同斥異吸”判斷是引力還是斥力．[解析］（1）因為兩球的半徑都遠小于10cm，因此可以作為兩個點電荷考慮．由庫侖定律有F＝keq\f(q1q2，r2）＝9.0×109×eq\f(4。8×10－16×3。2×10－16，0。12）N≈1。38×10－19N．兩球帶異種電荷，它們之間的作用力是引力．(2）如果兩個導(dǎo)體球完全相同，則電荷中和后平分，每個小球的帶電荷量為8×10－17C,代入數(shù)據(jù)得兩個電荷之間的斥力為F1＝5.76×10－21[答案](1)1.38×10－19N引力（2）5.76×10－21N斥力用公式計算庫侖力大小時，不必將表示電荷q1、q2的帶電性質(zhì)的正、負號代入公式中，只將其電荷量的絕對值代入即可；力的方向再根據(jù)同種電荷相互排斥,異種電荷相互吸引加以判別．［跟進訓練］2．兩個相同的金屬球,分別帶有＋4Q和－6Q的電荷量,兩球相隔一定距離時,相互作用力的大小為F，若把它接觸后再放回原處,兩球相互作用力的大小變?yōu)?）A。eq\f(F,24）B。eq\f(F,16）C。eq\f（F,8)D.eq\f(F,4)A[根據(jù)庫侖定律，兩球未接觸前的相互作用力的大小為F＝eq\f（24kQ2，r2)，兩個帶電金屬球相互接觸，由于正、負電荷中和，總電荷量為4Q－6Q＝－2Q,每個金屬球帶電荷量為－Q,金屬球放回原處，相互作用力的大小變?yōu)镕′＝keq\f(Q2，r2），即F′＝eq\f(F，24).］1．如圖所示,摩擦過的塑料刻度尺能夠吸引輕小的紙片,這是由于它們之間存在(）A．靜電力 B．摩擦力C．強相互作用 D．彈力A[摩擦過的塑料尺由于帶電而吸引輕小的紙片,是通過靜電力作用實現(xiàn)的,故A對．］2．下列關(guān)于點電荷的說法中，正確的是()A．只有體積很小的帶電體才能看成點電荷B．體積很大的帶電體一定不能看成點電荷C．當兩個帶電體的大小及形狀對它們之間相互作用力的影響可忽略時,兩個帶電體可看成點電荷D．一切帶電體都可以看成點電荷C[帶電體能否被看作點電荷，決定于帶電體的大小、形狀、電荷量分布等對所研究問題的影響是否可以忽略不計，并不是體積小的就可以視為點電荷，而體積大的就不能視為點電荷，在研究的問題里面,只要形狀、體積等因素的影響可以忽略就可以視為點電荷．故選項C正確．］3．(多選)庫侖定律的適用范圍是（)A．真空中兩個帶電球體間的相互作用B．真空中任意帶電體間的相互作用